(57)【要約】本発明は軸方向磁束モータまたは発電機用の半埋め込み磁石を有するロータ（１）であって、２つの円形面を有するディスクの形態の本体（２）を有し、そのディスクは回転軸（７）用の窪みを画定する外側周縁と内側周縁を有し、少なくとも２つの永久磁石（２ａ）が、本体（２）の２つの円形面の少なくとも１つに搭載され、そして保持手段（３ａ，５，５ａ，６，６ａ）によりその面に保持され、少なくとも２つの磁石（２ａ）の間に隙間を有する。保持手段（３，３ａ，５，５ａ，６，６ａ）は、その隙間内に収容され、そして２つの磁石（２ａ）の少なくとも１つを局所的に覆う少なくとも１つのピン（３ａ）を有する少なくとも１つの横向き軸方向保持手段（３，３ａ）またはリング形状の軸方向保持手段（５ａ，６ａ）として設計される。【選択図】図１ａ−１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向磁束電磁モータまたは発電機用のロータ（１）であって、前記ロータ（１）は、厚さによって接続された２つの円形面を有するディスクの形態の本体（２）を有し、前記ディスクは外側周縁と内側周縁の間に画定され、前記内側周縁は回転軸（７）用の窪みを画定し、少なくとも２つの永久磁石（２ａ）が、それぞれの前記磁石が保持手段（３ａ，５，５ａ，６，６ａ）により支持面と呼ばれる前記本体（２）の前記２つの円形面の少なくとも１つに保持されることにより、前記支持面に対して適用され、前記少なくとも２つの磁石（２ａ）の間に隙間が残される、軸方向磁束電磁モータまたは発電機用のロータ（１）において、
前記磁石は半埋め込み磁石であり、前記保持手段（３，３ａ，５，５ａ，６，６ａ）は、前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）の少なくとも１つを局所的かつ直接的に覆うほぞ（３ａ）を有する、前記隙間内に収容される少なくとも１つの横向き軸方向保持手段（３，３ａ）の形態であるか、または前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）の少なくとも１つを局所的かつ直接的に覆う、リングを形成することによって前記本体の前記内側周縁および／または外側周縁の全周に亘って円形に延在する、軸方向保持手段（５ａ，６ａ）の形態である、
ことを特徴とする軸方向磁束電磁モータまたは発電機用のロータ（１）。  
【請求項２】
リングを形成することによって前記本体（２）の前記内側周縁および／または外側周縁の全周に亘って円形に延在する前記軸方向保持手段（５ａ，６ａ）が存在するとき、少なくとも１つの前記軸方向保持手段（５ａ，６ａ）は、前記本体（２）に固定されることによって径方向保持手段（５，６）と関連する、ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記軸方向保持手段（５ａ，６ａ）は、前記リングの周りのカラーの形態であり、前記カラーは、前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）に関して傾斜した部分を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの横向き軸方向保持手段（３，３ａ）は、前記ロータ（１）の本体（２）の一体部分であるか、前記ロータ（１）の本体に一体化された追加の部分であり、前記本体（２）に形成された凹部に収容されている、ことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項記載のロータ（１）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの横向き軸方向保持手段（３，３ａ）は、前記ロータ（１）の本体（２）の塊に対して機械加工されるか、または前記ロータ（１）の本体（２）に接着、溶接、ねじ止めまたは圧着される、ことを特徴とする請求項４に記載のロータ（１）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの横向き軸方向保持手段（３、３ａ）は、１つまたは複数の枝部（３）を備え、前記枝部（３）または前記それぞれの枝部（３）は、前記本体（２）に固定され、そして前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）をそれぞれの隙間で分離し、前記枝部（３）または前記それぞれの枝部（３）は、前記枝部（３）から径方向と直角な（ｏｒｔｈｏ−ｒａｄｉａｌ）突出部として延在し、そして前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）の少なくとも１つの磁石の１つの面の少なくとも一部を覆い、前記本体（２）の前記支持面から最も離れ前記支持面の反対側に位置する、少なくとも１つのほぞ（３ａ）を有し、
前記少なくとも１つのほぞ（３ａ）は、前記磁石（２ａ）に当接して、前記磁石（２ａ）が前記本体（２）の軸方向へ離脱的に動くことを防止する、ことを特徴とする請求項４または５に記載のロータ（１）。
【請求項７】
前記少なくとも２つの半埋め込み磁石の各々は、少なくとも２つの前記ほぞ（３ａ）に関連する、ことを特徴とする請求項６に記載のロータ（１）。
【請求項８】
それぞれの前記ほぞ（３ａ）は、関連する前記枝部（３）の２つの側面から横方向に延びており、前記ほぞ（３ａ）の第１の横方向部分は、前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）の内の１つの磁石の少なくとも１つの部分を覆い、そして前記ほぞ（３ａ）の第２の横方向部分は、他の磁石の少なくとも１つの部分を覆う、ことを特徴とする請求項６または７に記載のロータ（１）。
【請求項９】
前記ロータ（１）が、前記本体（２）の前記外側周縁の全周に亘って延在するリング状の外側径方向保持手段（６）を有する場合、前記外側径方向保持手段（６）はそれぞれの前記枝部（３）にそれぞれ接続し、前記外側径方向保持手段（６）の円弧または円内の部分（６ａ）が前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）のうちの１つの磁石の径方向および軸方向の変位に対抗する当接を形成する、ことを特徴とする請求項６−８のいずれか１項記載のロータ（１）。
【請求項１０】
前記ロータ（１）が、前記本体（２）の前記外側周縁の全周に亘って延在する外側径方向保持手段（６）を有しない場合、前記ロータ（１）は円形のフレット（４）によって取り囲まれる、ことを特徴とする請求項１−８のいずれか１項記載のロータ（１）。
【請求項１１】
前記本体（２）が、前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）をそれぞれの隙間で隔てる１つまたは複数の枝部（３）と、内側径方向保持手段（５ａ）および／または外側径方向保持手段（６ａ）を有する場合、前記内側径方向保持手段（５ａ）および／または前記外側径方向保持手段（６ａ）は前記枝部（３）またはそれぞれの前記枝部（３）に固定される、ことを特徴とする請求項１−９のいずれか１項記載のロータ（１）。
【請求項１２】
前記少なくとも２つの半埋め込み磁石は、異なる形状のものであり、および／または磁極を形成するいくつかの部品で構成されているか、またはいくつかの磁極を有する一体型構造の一部である、ことを特徴とする請求項１−１１のいずれか１項記載のロータ（１）。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）は、前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）の径方向に延在する２つの側面と、前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）の、前記本体（２）によって形成される前記ディスクの中心を中心とする同心円の円弧状に延在する、２つの内側側面及び外側側面と、を有する四角形タイルの形態である、ことを特徴とする請求項１−１２のいずれか１項記載のロータ（１）。
【請求項１４】
前記ロータ（１）の前記本体（２）の前記２つの円形面の各々が、少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）を有する、ことを特徴とする請求項１−１３のいずれか１項記載のロータ（１）。
【請求項１５】
少なくとも１つの一体型円形構造が前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）から形成され、単一の一体型構造の場合の前記一体型構造は前記本体（２）の１つの円形面上に１つの円形リングを形成し、または複数の一体型構造の場合の２つの前記一体型構造は半埋め込み磁石の２つの同心円リングを形成し、前記２つの同心円リングの１つは前記本体（２）の前記２つの円形面のそれぞれ１つの上にあり、前記２つの一体型構造は前記ロータ（１）の前記本体（２）の一部である分離要素により分離され、リング形状の前記単一の一体型構造または前記２つの一体型構造の前記少なくとも２つの半埋め込み磁石（２ａ）は、横向き軸方向保持手段（３，３ａ）またはリングを形成する軸方向保持手段（５ａ，６ａ）、適用可能な場合には、リングを形成する径方向保持手段（５，６）により保持される、ことを特徴とする請求項１−１４のいずれか１項記載のロータ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高回転速度で回転する軸方向磁束電磁モータまたは発電機用のロータと、このようなロータを備えた電磁モータまたは発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、本発明によるロータの特定の特性によって得られる、高回転のロータで高出力を供給する電気モータに有利であるが、これに限定されない用途を有する。このようなモータは、例えば完全に電気的なまたはハイブリッドの自動車用の電気モータとして使用することができる。
【０００３】
有利には、限定されるものではないが、電磁発電機またはモータは、２つのステータによって囲まれた少なくとも１つのロータを備え、これらの要素は、少なくとも１つのエアギャップによって分離されることによって同じシャフト上で互いに対して重ね合わせることができる。
【０００４】
高速な用途では、最適出力に対して軸方向モータの質量およびサイズを小さくすることによって可能になるコンパクトなシステムだけでなく、システムの信頼性を向上させるため、回転部分、すなわちロータの非常に良好な機械的耐久性をも有する必要がある。
【０００５】
軸方向磁束電磁機械用の半埋め込み型磁石を有するロータが知られている。そのようなロータは、厚さによって接続された２つの円形面を有するディスク形状の本体を備え、そのディスクは、外側周縁と、回転シャフト用の孔を画定する内側周縁との間で画定される。
【０００６】
少なくとも２つの永久磁石が、支持面と呼ばれる、本体の２つの円形表面のうちの少なくとも１つに対して適用される。１つのステータに関連することが意図される単一エアギャップロータの場合、本体の単一の円形表面が磁石を担持し、一方、それぞれのステータとの２つのエアギャップを有するロータの場合、磁石を担持するのは両方の支持面である。
【０００７】
磁石は、保持手段によりその支持面またはそれぞれの支持面に保持され、１つの隙間が同一の支持面上の上記少なくとも２つの磁石の間に残される。
【０００８】
ステータまたは各ステータは巻線要素を有し、その巻線要素はコイルを担持する歯を有し、その歯の側面のそれぞれはノッチ（窪み）によって囲まれ、良好な導電性の金属ワイヤがその歯に巻かれてコイルを形成する。
【０００９】
一連の巻線に電力が供給されると、モータの出力軸に固定されたロータは、電磁界に起因するトルクを受け、生成された磁束は軸方向磁束電気機械のための軸方向磁束である。
【００１０】
高出力モータの場合、ロータは高い回転速度で回転する。高い回転速度のモータの主な欠点は、ロータから１つまたは複数の磁石が分離すること、ならびにロータが少なくとも部分的に破損する確率が高いことである。従って、そのようなモータのロータは、高い回転速度に耐えることができなければならない。
【００１１】
日本国特許出願公開ＪＰ−Ａ−２００８／１９９８１１（特許文献１）には、請求項１の前段の特徴を有する磁石を備えたロータが記載されている。この文献では、磁石は半埋め込みされていないが、磁性板や磁性材料要素により完全に囲まれている。この文書では、磁石は完全にキャビティ内に収容され、半埋め込み磁石の場合のようにこのキャビティの側面から突出してない。
【００１２】
米国特許出願公開ＵＳ−Ａ−２０１４／２９２１１７（特許文献２）には、支持面と呼ばれる本体の２つの円形面のうちの少なくとも１つに対して少なくとも２つの永久磁石が取り付けられた、磁石を備えたロータを記載し、それぞれの磁石は支持面上に保持手段により保持されている。この文献では、磁石は半埋め込みされておらず、保持手段は磁石に対し軸方向に保持する効果を有せず、単純に磁石を取り囲んでいる。
【００１３】
欧州特許第２６３２０２７号（特許文献３）には、支持面と呼ばれる本体の２つの円形面の少なくとも１つに対して少なくとも２つの永久磁石が取り付けられた、磁石を備えたロータが記載されており、それぞれの磁石は保持手段により支持面に保持されている。この文書では、磁石は半埋め込みではない。保持手段は、確かにカラーを介して磁石に対し軸方向保持効果を有するが、これらのカラーは、磁石から突出する部分には適用されていない。
【００１４】
半埋め込み磁石は、それぞれのハウジングから突出している。半埋め込み磁石は、特にロータ内の渦電流による損失の最小化に関して重要な利点を有するが、機械的利点、例えば、磁石が溶接または接着される場合、磁石の下および挿入壁の上の最小限の厚さの接着剤または半田を保持するための機械的利点も有する。
【００１５】
しかしながら、これらの半埋め込み磁石は、要素、特に磁気要素によって覆われていない場合、ロータの軸方向に十分に保持されないという大きな欠点を有する。この大きな欠点は、半埋め込み磁石の使用を妨げている。
【００１６】
本発明の根底にある課題は、永久磁石をそれぞれのハウジング内に保持し、磁石がロータから外れることを防止することにより効果的に磁石を担持することができ、磁石は半埋め込み型の、即ち磁石がそれぞれのハウジングを越えて延在する、軸方向磁束電磁機械用のロータを設計することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】日本国特許出願公開ＪＰ−Ａ−２００８／１９９８１１
【特許文献２】米国特許出願公開ＵＳ−Ａ−２０１４／２９２１１７
【特許文献３】欧州特許第２６３２０２７
【発明の概要】
【００１８】
この目的のために、本発明によれば、軸方向磁束電磁機械用のロータであって、そのロータは、厚さによって接続された２つの円形面を有するディスクの形態の本体を有し、そのディスクは外側周縁と内側周縁の間に画定され、内側周縁は回転軸用の窪みを画定し、少なくとも２つの永久磁石が、それぞれの磁石が保持手段により支持面と呼ばれる本体の２つの円形面の少なくとも１つに保持されることにより、支持面に対して適用され、少なくとも２つの磁石の間に隙間が残される、ロータにおいて、磁石は半埋め込み磁石であり、保持手段は、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石の少なくとも１つを局所的かつ直接的に覆うほぞを有する、隙間内に収容される少なくとも１つの横向き軸方向保持手段の形態であるか、または上記少なくとも２つの半埋め込み磁石の少なくとも１つを局所的かつ直接的に覆う、リングを形成することによって本体の内側周縁および／または外側周縁の全周に亘って円形に延在する、軸方向保持手段の形態である、ことを特徴とするロータが提供される。
【００１９】
得られる技術的効果は、ロータ内の半埋め込み磁石のより良好な軸方向強度であり、それは径方向の保持手段によって補うことができる。
【００２０】
半埋め込み磁石を有するこのロータは、半埋め込み磁石を保持することを可能にし、軸方向の力の効果を克服し、そして適用可能な場合には、非常に高い回転速度で出現する遠心力の効果を克服することを可能にする保持手段を用いて、ロータの損失を低減するように設計される。
【００２１】
特許文献１に示されている最も近い従来技術と比較して、本発明によるロータは、半埋め込み磁石により適合することができる。半埋め込み磁石を使用することによって与えられる利点の全てを保持するために、磁石は可能な限り小さく保持手段で覆われるべきである。
【００２２】
本発明は、ロータ上の半埋め込み磁石の任意の形態の配置に適した解決策を提供する。局所的の意味は、半埋め込み磁石がカバーされる度合いが限定的であることを意味し、これは全ての磁石が完全に覆われた特許文献１の場合には該当しない。直接的の意味は、保持手段が磁石そのものに対して働き、そして半埋め込み磁石によって獲得されるすべての利点を失わせる要因となりうる、中間部品の介在によらないことを意味する。
【００２３】
横向き軸方向保持手段は、半埋め込み磁石に直接作用する。これにより、ロータ上の各磁石は、少なくとも１つの専用の横向き軸方向保持手段によって個々に保持される。
【００２４】
ロータの本体の周囲に配置された、径方向の保持手段と、軸方向の保持手段を同時に形成するリングは、１つのフレットに同化することができないことに留意されたい。実際、フレットは常に遠心力の補償に関連し、そしてロータの本体の独立した部分でありかつこの本体の外側周縁に配置されていることにより圧縮機能に関係している。フレットは、半埋め込み磁石の軸方向の保持に関し何も作用しない。
【００２５】
逆に、リング状の軸方向保持手段は、本体の一部である。リング状の軸方向保持手段は、半埋め込み磁石を軸方向に保持することが可能であるが、それらをほとんどまたは全く圧縮しない。リング形状の軸方向保持要素は、フレットとは異なり、本体の一部である。リング形状のこの軸方向保持要素は、半埋め込み磁石が本体に固定される前に本体上に配置され、磁石の挿入は、内側周縁によって画定された本体の中央部分から始めて径方向に実行され、その内側周縁は軸方向保持要素を担持することもできる。
【００２６】
ロータと同心の軸方向保持手段は、保持手段がフレット形状であり、軸方向保持ではなく径方向保持にのみ作用する従来の技術では示唆されておらず、また自明でもない。遠心力の吸収のために既に存在しているフレットは、磁石または半埋め込み磁石への当接部として半埋め込み磁石の径方向運動に対して使用することができるが、軸方向保持要素としては使用できない。
【００２７】
選択肢として、本発明は、以下の特徴のうちの任意の少なくとも１つの特徴をさらに含む：
−リングを形成することによって本体の内側周縁および／または外側周縁の全周に亘って円形に延在する軸方向保持手段が存在するとき、少なくとも１つの軸方向保持手段は、本体に固定されることによって径方向保持手段と関連する。このように、有利には単一の保持要素によって調達される、径方向および軸方向の保持手段が得られ、これはコスト面で有利である。これにより、横向き軸方向保持手段の作用を補うことが可能になる。
−軸方向保持手段は、リングの周縁部の周りのカラーの形態であり、カラーは、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石に関して傾斜した部分を有する。
−その少なくとも１つの横向き軸方向保持手段は、ロータの本体の一体部分であるか、またはロータの本体と一体の付加部分である。
−その少なくとも１つの横向き軸方向保持手段は、ロータの本体の塊に対して機械加工されるか、またはロータの本体に接着、溶接、ねじ止めまたは圧着される。これにより、ロータの剛性が強化される。
【００２８】
−その少なくとも１つの横向き軸方向保持手段は、１つまたは複数の枝部を備え、その枝部またはそれぞれの枝部は、本体に固定され、そして少なくとも２つの半埋め込み磁石をそれぞれの隙間で分離し、その枝部またはそれぞれの枝部は、枝部から径方向と直角な（ｏｒｔｈｏ−ｒａｄｉａｌ）突出部として延在し、そして上記少なくとも２つの半埋め込み磁石の少なくとも１つの磁石の１つの面の少なくとも一部を覆い、本体の支持面から最も離れて反対側に位置する、少なくとも１つのほぞを有し、その少なくとも１つのほぞは、磁石に当接して、磁石が本体の軸方向へ離脱的に運動するのを防止する。このように、横向き軸方向保持手段は、空のままにされることが可能で、これら横向き軸方向保持手段を受容する、半埋め込み磁石の間の隙間の中に収容される。ほぞは、その保持を保証するのに十分な程度の磁石の部分のみを覆っている。
−その少なくとも２つの半埋め込み磁石の各々は、少なくとも２つのほぞに関連する。
−各ほぞは、関連する枝部の２つの側面から横向きに伸長し、ほぞの第１の横向き部分は、少なくとも２つの半埋め込み磁石の内の１つの磁石の少なくとも一部を覆い、そしてほぞの第２の横向き部分は、他の磁石の少なくとも一部を覆う。
【００２９】
−ロータが、本体の外側周縁の全周に延在する外側径方向保持手段を備える場合、外側径方向保持手段は、それぞれの枝部にそれぞれ接続し、外側径方向保持手段の円弧または円の部分は上記少なくとも２つの半埋め込み磁石のうちの１つの磁石の径方向および軸方向の変位に対する当接を形成する。
−ロータが、本体の外側周縁の全周に延在する外側径方向保持手段を備えていない場合、ロータは円形のフレットによって取り囲まれる。
−ロータは内側径方向保持用要素を有し、その内側径方向保持手段の円弧の部分は上記少なくとも２つの半埋め込み磁石の内の１つの磁石の軸方向変位に対して当接を形成する。
−ロータが内側径方向保持手段を含む場合、本体に対して内側の径方向保持手段は、本体の内側周縁の全周に亘って円形に延在し、そして本体に固定される。
−本体が、少なくとも２つの半埋め込み磁石をそれぞれの隙間で分離する１つまたは複数の枝部と、内側および／または外側径方向維持手段とを有する場合、内側および／または外側径方向維持手段は、枝部に固定される。
−本体が、少なくとも２つの半埋め込み磁石をそれぞれの隙間で分離する１つまたは複数の枝部を有する場合、内側径方向保持手段は枝部に固定される。
【００３０】
−その少なくとも２つの半埋め込み磁石は、異なる形状のものであり、および／または磁極を形成するいくつかの部品を有するか、またはいくつかの磁極を有する一体型構造の一部である。この実施形態は、半埋め込み磁石を担持する成形部品を有する、最も類似した従来技術に最も近い。
しかしながら、この実施形態においても、本発明の軸方向保持手段は、構造の磁石を部分的かつ直接的に覆うほぞを有するが、特許文献１に示される最も近い従来技術では、磁石を覆っている部材の部分に適合する要素が使用されている。
この従来技術によって開示されたこのような構成では、磁石は直接保持されていないため取り外されることが常に可能であったが、これは、本発明の枠組みにおいては、磁石専用のほぞによって防止される。また、特許文献１に開示された特徴を半埋め込み磁石に適用することにより、半埋め込み磁石の長所の全てが消滅する。
【００３１】
−その少なくとも２つの半埋め込み磁石は、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石の径方向に延在する２つの側面と、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石の、本体によって形成されるディスクの中心を中心とする円の同心円弧内に延在する２つの側面と、を有する四角形のタイルの形態である。
−ロータの本体の２つの円形面の各々は、少なくとも２つの半埋め込み磁石を有する。
−少なくとも１つの一体型円形構造が少なくとも２つの半埋め込み磁石から形成され、単一の一体型構造の場合の一体型構造は本体の１つの円形面上に１つの円形リングを形成し、または複数の一体型構造の場合の２つの一体型構造は半埋め込み磁石の２つの同心円リングを形成し、その２つの同心円リングの１つは本体の２つの円形面のそれぞれ１つの上にあり、２つの一体型構造はロータの本体の一部である分離要素により分離され、リング形状の単一の一体型構造または２つの一体型構造の少なくとも２つの半埋め込み磁石は横向き軸方向保持手段またはリングを形成する軸方向保持手段、適用可能な場合には、リングを形成する径方向保持手段により保持される。
【００３２】
本発明は、１つまたは複数のロータと、巻線を担持する１つまたは複数のステータとをそれぞれ分離する１つまたは複数のエアギャップを有する軸方向磁束モータまたは発電機にも関し、このモータまたは発電機は、少なくとも１つのこのようなロータを有する。
有利には、モータまたは発電機は、直列または並列に接続された少なくとも２つのステータを備える。
有利には、その少なくとも２つのステータは、互いに対して角度αだけオフセットされている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本発明の他の特徴、目的および利点は、以下の詳細な説明を読んだとき、および非限定的な例として提供される添付図面に関して現れる：
【図１ａ−１ｂ】図１ａは本発明の第１の実施形態による軸方向磁束電気機械用のロータを概略的に示す正面図であり、ロータの半埋め込み磁石の軸方向保持手段がこの図に示される。図１ｂは図１ａの径方向の断面図であり、ロータの各面に磁石を備え、保持要素を示すために一方の側の磁石が除去されている。
【図２ａ−２ｃ】図２ａおよび２ｂは、本発明の第２および第３の実施形態に係る軸方向磁束電気機械用のロータを概略的に示す正面図であり、ロータの半埋め込み磁石の横向き軸方向保持手段がこれらの図に示され、これらの図ではロータの本体は、半埋め込み磁石を担持し、そしてフレットで囲まれている。図２ｃは、保持要素を示すために磁石を備えていない図２ａの径方向断面図である。
【図３ａ−３ｃ】図３ａおよび３ｂは、本発明の第４および第５の実施形態による軸方向磁束電気機械用のロータを概略的に示す正面図であり、ロータの半埋め込み磁石の２つの横向き軸方向保持手段が２つの半埋め込み磁石の間に示され、これらの図ではロータの本体が半埋め込み磁石を担持し、そしてフレットで囲まれ、そしてロータと同心の軸方向維持手段が示されている。図３ｃは図３ａの径方向断面図であり、ロータのそれぞれの径方向面上に磁石を備え、一方の面の磁石は保持要素を示すために除去されている。
【図４ａ−４ｃ】図４ａおよび図４ｂは、本発明の第６および第７の実施形態に係る軸方向磁束電気機械のためのロータを概略的に示す正面図であり、これらの図にはロータと同心の軸方向保持手段が示されている。図４ｃは図４ａの径方向断面図であり、ロータのそれぞれの面上に磁石を有する。
【図５ａ−５ｃ】図５ａおよび５ｂは、本発明の第８の実施形態による軸方向磁束電気機械用のロータを概略的に示す正面図であり、２つの半うめこみ磁石の間の、ロータの半うめこみ磁石の横向き軸方向保持手段の一部である２つのほぞがこれらの図に示され、半埋め込み磁石を担持し、そしてロータと同心の径方向保持手段によって囲まれているロータの本体がこれらの図に示されている。図５ｃは図５ａの径方向断面図であり、ロータのそれぞれの面に磁石を備える。
【図６ａ−６ｃ】図６ａおよび６ｂは、本発明の第９および第１０の実施形態による軸方向磁束電気機械用のロータを概略示す正面図であり、これらの図には、２つの半うめこみ磁石の間に、ロータの半うめこみ磁石の２つの横向き軸方向保持手段が示されており、これら横向き手段は本体から取り外し可能であり、ロータの本体は、半うめこみ磁石を担持し、そして図６ａではフレットによって取り囲まれている。図６ｃは、ロータの外縁を示す図である。
【図７ａ−７ｂ】図７ａおよび７ｂは、２つのロータおよび１つのステータを備える電磁モータの縦断面を概略的に示す断面図であり、ロータは上述したロータの１つの実施形態に従う。図７ｂは図７ａの拡大図である。
【００３４】
図面は例として提供され、本発明を限定するものではない。それらは、本発明の理解を容易にすることを意図した図式的なブロック表現を形成し、必ずしも実際の用途における寸法通りではない。特に、様々な部品の寸法は現実の寸法を反映していない。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
すべての図面を参照して、本発明は、軸方向磁束電磁機械用の半埋め込み磁石を備えたロータ１に関する。磁石は、ロータ内の渦電流による損失を最小限に抑える目的で、また例えばこれらの要素が溶接または接着される場合、半埋め込み磁石の下および挿入壁上に最小限の厚さの接着剤またははんだを保持するためなど、機械的な必要性のために半埋め込みされる。
【００３６】
ロータ１は、厚さによって接続された２つの円形面を有するディスク形態の本体２を有し、ディスクは外側周縁と内側周縁との間で画定される。内側周縁は、回転シャフト７のための窪みを画定する。
【００３７】
支持面と呼ばれる本体２の２つの円形面の少なくとも１つに対して少なくとも２つの半埋め込み永久磁石２ａが適用され、そのそれぞれの磁石が保持手段３ａ、５、５ａ、６、６ａにより保持され、その少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの間には隙間があけられている。半埋め込み磁石は、その中に統合された同心円構造の一部であってもよく、または同心円構造と一体化されていてもよい。
【００３８】
本発明によれば、保持手段３，３ａ、５ａ、６ａは少なくとも１つの横向き軸方向保持手段３，３ａの形態である。この場合、軸方向保持手段３，３ａは、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの少なくとも１つの磁石を局所的かつ直接的に覆う、少なくとも１つのほぞ部３ａを備えることによって、上記隙間内に収容される。これは特に図１ａ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、５ａおよび５ｂ、６ａおよび６ｂに示されている。
【００３９】
さらに、本発明によれば、保持手段３，３ａ、５ａ、６ａは、リングを形成することにより本体の内側周縁および／または外側周縁の全周に亘って円状に延びる軸方向保持手段５ａ、６ａの形態であり、少なくとも２つの半埋め込み磁石のうちの少なくとも１つの磁石を局所的に直接的に覆う。これは図４ａ、４ｂおよび５ｂに示されている。
【００４０】
図１ｂおよび図２ｃにおいては、軸方向保持手段３ａは、関連する磁石２ａの存在なしに示されている。図３ｃ、４ｃには、内側周縁の全周に亘って円形に延びる、磁石の軸方向保持手段５が示されている。軸方向保持手段５のこの形態の構成では、軸方向保持手段５は、それ自体が磁石２ａの傾斜部分に当接する傾斜部分５ａを担持する。
【００４１】
図５ｃには、磁石２ａの軸方向保持手段５が内側周縁部の全周に亘って円形に延び、磁石２ａのそれ自体傾斜した部分に当接する傾斜部分５ａを有するように示されている。この少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの軸方向保持手段５は、各磁石に対して、リングを形成することによって本体の外側周縁の全周に亘って円形に延びる軸方向保持手段６と協働する。軸方向保持手段６のこの形態の構成では、軸方向保持手段６は、半埋め込み磁石２ａ自体の傾斜部分に当接する傾斜部６ａを担持し、この傾斜はロータの外側周縁に向かっている。
【００４２】
軸方向保持手段５，６のこれら斜角部５ａ、６ａは、リングの内側周縁または外側周縁の周囲にカラーを形成することができ、傾斜した部分５ａ、６ａは少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａに面している。
図６ｃには、磁石２ａの横向き保持手段３が示されている。
【００４３】
横向き保持手段３，３ａは、周縁部の一方または両方の上に円形に延びるリング状の軸方向保持手段５ａ、６ａと関連付けることができる。代替的に、横向き保持手段３，３ａは、ロータ１の本体２と同心の１つまたは２つのリング形状の軸方向保持手段５ａ、６ａなしに設けることができ、その逆もありうる。
【００４４】
常にそうではないが、リングを形成することによって本体２の内側周縁および／または外側周縁の全周に亘って円周方向に延びる軸方向保持手段５ａ、６ａが１つまたは複数存在する場合、少なくとも１つの軸方向保持手段５ａ、６ａは、本体２に固定されることによって、径方向保持手段５，６と関連づけることができる。
【００４５】
これは特に図３ｂに示されている。この場合、内側径方向保持手段５の円弧内の部分５ａは、上記の少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの軸方向および／または径方向変位に対して当接部を形成することができる。
【００４６】
少なくとも１つの横向き軸方向保持手段３，３ａは、ロータ１の本体２の一体化された部分であってもよく、および／またはロータ１の本体と統合された付加部分であってもよい。３ａは、ロータ１の本体２の塊に対して機械加工され、またはロータ１の本体２に接着、溶接、ねじ止めまたは圧着されうる。
【００４７】
本発明による実施形態では、少なくとも１つの軸方向保持手段３，３ａは、１つまたは複数の枝部３を含むことができる。その枝部３または各枝部３は、本体２と一体であってもよく、そして上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａをそれぞれの隙間で分離する。
【００４８】
その枝部または各枝部３は、枝部から径方向と直角な（Ｏｒｔｈｏ−ｒａｄｉａｌ）突出部として延在し、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの少なくとも１つの磁石の面の少なくとも一部を覆い、本体２によって担持される支持面から最も離れ、そして反対側にある少なくとも１つのほぞ部３ａを有することができる。これは、本体２によって担持された支持面に適用される上記少なくとも１つの磁石２ａの面とは反対側の磁石２ａの面に関している。
【００４９】
この位置において上記少なくとも１つのほぞ部３ａは磁石２ａに当接し、関連する磁石２ａが本体２の軸方向へ分離する動きを防止する。
【００５０】
リングを形成することによって本体の内側周縁および／または外側周縁の全周に亘って円形に延在する軸方向保持手段５ａ、６ａについて、この軸方向保持手段５ａ、６ａは半埋め込み磁石２ａの最外側または最内側の端部が侵入する溝を有することができ、この溝は図に示されてはいない。
【００５１】
第１の選択的実施形態の図１ａにおいて、各ほぞ３ａは、関連する枝部３の２つの側面から横方向に延在する。ほぞ３ａの第１の横方向部分は、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの内の１つの磁石の少なくとも一部を覆い、そしてほぞ３ａの第２の横方向部分は、他の磁石の少なくとも一部を覆う。
【００５２】
第２の選択的実施形態の図２ａにおいて、各ほぞ３ａは、枝部３の、本体２の最外側端部に配置されている。枝部３は、その最外側の端部においてフレット４に隣接している。
【００５３】
第３の選択的実施形態の図２ｂにおいて、枝部３ごとに２つのほぞ３ａがあり、２つのほぞ３ａは枝部３の長さ方向に連続して配置され、各枝部３の自由端はフレット４に達していない。
【００５４】
第４および第５の選択的実施形態の図３ａおよび図３ｂにおいて、枝部３ごとに２つのほぞ３ａがあり、枝部３は、一方の、リングを形成することにより内側周縁部の全周に亘って円形に延在する軸方向および／または径方向の保持手段５，５ａと、他方の、ロータ１の本体２の外側周縁に延在するフレット４と、の間で延在する。
【００５５】
第６および第７の選択的実施形態の図４ａおよび図４ｂにおいて、横向き軸方向維持手段は存在せず、リングを形成することによって本体２のそれぞれの内側周縁または外側周縁の全周に亘って円形に延在する１つまたはいくつかの軸方向維持手段５ａ、６ａのみが存在する。
【００５６】
第８の選択的実施形態の図５ａおよび図５ｂにおいて、枝部３およびほぞ部３ａを有する横向き軸方向維持手段が、リングを形成することにより本体２のそれぞれの内側周縁または外側周縁の全周に亘って円形に延在する２つの軸方向維持手段５ａ、６ａと組み合わされる。枝部３は、内側軸方向保持手段５ａと外側軸方向保持手段６ａの端部に接続され、外側軸方向保持手段６ａに対しては連結要素６ｂを介して接続されている。
【００５７】
第９および第１０の選択的実施形態の図６ａおよび図６ｂにおいて、ほぞ部３ａは、枝部３上の少なくとも１つの点、有利には２つの点、好ましくは本体２に関して枝部３の内側終端に向かう１つの点３ｃと、枝部３の外側終端に向かう１つの点３ｂとの２点で枝部３に固定されることにより枝部３から取り外すことができる。外側のフレット４が図６ａには設けられている。
【００５８】
複合材料製のフレット４は、ガラス繊維、炭素繊維、ポリマー繊維または鉱物繊維から選択された繊維またはストリップから形成することができる。
【００５９】
フレットを構成する繊維またはストリップは、性質および寸法が異なってもよい。それは例えば、異なる組成のガラス繊維と混合され、また例えばＰＥＥＫ、ポリアラミドまたは複合繊維からつくられたプラスチック繊維と混合されてもよい。
【００６０】
ロータ１が本体２の外側周縁の全周に延びる外側径方向保持手段６を備える場合、外側径方向保持手段６は、各枝部３にそれぞれ接続し、外側径方向保持手段６の１つの円弧または円内の部分は上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの内の１つの磁石の径方向変位に対して当接を形成する。
【００６１】
この外側径方向保持手段を外側軸方向保持手段と組み合わせて、軸方向維持手段がその後径方向維持手段を提供される、好適には同じ要素を形成することは有利である。
【００６２】
上述したように、ロータ１が、リングを形成することによって本体２の外側周縁の全周に延びる外側径方向保持手段６を備えていない場合、ロータ１は円形フレット４によって取り囲まれている。しかしながら、これは必須ではない。
【００６３】
本体２が、それぞれの隙間で少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａを分離する１つまたは複数の枝部３と、リングを形成する内側径方向保持手段５ａおよび／または外側径方向保持手段６ａとを備える場合、内側径方向保持手段５ａおよび／または外側径方向保持手段６ａは、その枝部３または各枝部３に固定することができる。
【００６４】
選択的実施形態では、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａは、異なる形状を有することができ、及び／又は磁極を形成するいくつかの部品から構成することができる。あるいは、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａは、いくつかの磁極を有する一体型構造の一部であってもよい。
【００６５】
上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａは、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの径方向に延びる２つの側面と、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの、本体２によって形成されたディスクの中心に対して同心の円弧内に延在する２つの内側側面と外側側面と、を有する四角タイルの形態を有することができる。
【００６６】
しかしながら半埋め込み磁石２ａは、四角形だけでなく例えば三角タイルのような多角形タイルの形態を有する様々な形態を有することができる。三角タイルの場合、三角形の頂点は有利にはロータ１の中心に向いている。
【００６７】
上記少なくとも１つの磁石２ａは、フェライト磁石、希土類磁石、例えばネオジム鉄ホウ素磁石またはサマリウムコバルト磁石、アルミニウム、ニッケルおよびコバルト磁石から選択することができる。
【００６８】
ほぞ３ａが存在する場合、ほぞ３ａが作用するのは、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの径方向側面の部分であり、一方、存在する場合、リングまたはロータ１の本体２に対して同心のリングの形態の１つまたはいくつかの軸方向保持手段５ａ、６ａが作用するのは、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａの内側側面及び外側側面である。
【００６９】
図７ａおよび図７ｂに示す本発明の好ましい実施形態では、ロータ１は、それらの間にロータを挿入する２つのステータと関連することによって、モータまたはポリエアギャップ発電機用の用途を意図されている。この場合、ロータ１の本体２の２つの円形面は、それぞれ少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａを含む。
【００７０】
この好ましい実施形態では、上記少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａは、ロータ１の本体２の一部である分離要素によって離間された半埋め込み磁石の少なくとも２つの同心リングを含む。その２つのリングのそれぞれの磁石は、横向き軸方向保持手段３ａ、３ａにより保持されそして、適用可能な場合には、軸方向および径方向の保持手段５，５ａ、６，６ａによって保持される。
【００７１】
ロータ１上で、一連の半埋め込み磁石は、少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａを含む一体型構造によって形成することができる。一体型構造は、ロータ１の本体２の円形面の１つに円形リングを形成する。
【００７２】
代替的に、ロータ１の本体２は、ロータ１の本体２の一部である分離要素によって隙間をあけられた半埋め込み磁石の２つの同心円リングを形成する２つの一体型構造を担持することができる。そして、２つの一体型構造のそれぞれ１つは、ロータ１の本体２のそれぞれの円形面によって担持される。
【００７３】
両方の場合において、リング形態のその一体型構造または２つの一体型構造の少なくとも２つの半埋め込み磁石２ａは、横向き軸方向保持手段３ａ、３ａまたはリング形状の軸方向保持手段５ａ，６ａ、そして適用可能な場合には、リング形状の径方向保持手段５，６により保持されうる。
【００７４】
本発明はまた、１つまたは複数のロータ１と、巻線を担持する１つまたは複数のステータとをそれぞれ分離する１つまたは複数のエアギャップを備える軸方向磁束発電機またはモータであって、その発電機またはモータはこのようなロータを少なくとも１つ備える軸方向磁束発電機またはモータに関する。
【００７５】
ロータ１は、単一のステータと関連付けることができ、または２つのステータ間に挿入することによって２つのステータと関連付けることができる。２つ以上のステータがある場合、ステータは直列または並列に接続することができる。ステータは、互いに対してある角度だけオフセットされていてもよい。
【００７６】
図７ａおよび７ｂは、２連の半埋め込み磁石２ａを有する本体２を含むロータ１を示し、それぞれの一連の半埋め込み磁石２ａは本体２の円形面に半埋め込まれ、そして本体２の一部である分離要素により互いに分離されて配置される。ロータ１は２つのステータによって囲まれており、各ステータはそれぞれの一連の半埋め込み磁石２ａとエアギャップを形成している。
【００７７】
半埋め込み磁石の配置は、関連する対向するステータの方向に向けられることを意図される側に増大した磁場を確立するように選択することができ、一方磁場はその反対側で減少または相殺される。それにより磁場の損失が低減される。
【００７８】
ロータ１は、２つのステータを通過することにより、ロータ１の円形面に垂直に延びる回転軸７を備える。ロータ１は、少なくとも２つのベアリング１１，１１´によって担持され、ベアリング１１，１１´は、ロータのステータに対する回転を可能にするためそれぞれのステータに関連する。図７ａおよび７ｂの非限定的な実施形態では、ロータ１の外側周縁はフレット４によって取り囲まれている。
【００７９】
各ステータは、巻線１０，１０´に関連する磁気回路９，９´を備える。カーカス１２，１２´は、電磁モータを保護することを可能にする。
【００８０】
本発明は、記載され図示された実施形態に決して限定されるものではなく、これら実施形態は例としてのみ示されたものである。  
【図１ａ−１ｂ】
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【図２ａ−２ｃ】
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【図３ａ−３ｃ】
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【図４ａ−４ｃ】
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【図５ａ−５ｃ】
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【図６ａ−６ｃ】
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【図７ａ−７ｂ】
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【国際調査報告】
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2019509709.tif 000011
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